Als Alternative zur klassischen druckgeführten Solarthermieanlage stehen rücklaufgeführte Systeme zur Verfügung, die insbesondere bei stark schwankendem Wärmebedarf eingesetzt werden können und mit der sich sehr große Anlagen bis zu 120 Quadratmeter Kollektorfläche aufbauen lassen.
Druckgeführte thermische Solaranlagen bestehen in der Regel aus Kollektor, Regelung und Speicher. Die Auslegung dieser Anlagen ist immer ein Kompromiss zwischen möglichst hoher Leistung über das gesamte Jahr und möglicher Stagnation im Sommer. Bei einem druckgeführten System wird das Wasser-Glykol-Gemisch von einer Pumpe durch die Kollektoren gedrückt. Es muss immer ein definierter Anlagendruck eingestellt werden.
Druckgeführte Systeme ideal für konstante Auslastung
Deshalb ist ein Ausdehnungsgefäß notwendig. Wenn der Wärmespeicher seine Maximaltemperatur erreicht hat und keine weitere Wärmeabnahmequelle, beispielsweise ein Schwimmbad, vorhanden ist, schaltet sich die Solarpumpe ab. Die Solarflüssigkeit zirkuliert nicht mehr, kann also keine Wärme abgeben und erwärmt sich langsam. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Solarflüssigkeit und der Betriebsdruck steigt an, bis die Siedetemperatur erreicht ist. Bei Siedetemperatur bildet sich Dampf im Kollektor, der die Solarflüssigkeit in das Ausdehnungsgefäß drückt. Erst nach einer nächtlichen Abkühlungsphase kann wieder solare Wärmeenergie aufgenommen werden.
Die Vorteile eines druckgeführten Systems sind allgemein bekannt: Es gibt keine Einschränkung bezüglich der Installation und es passt für jede Anwendung. Außerdem braucht die Solarpumpe nur wenig Strom. Dieses System eignet sich insbesondere für Anwendungen mit konstanten Anforderungen der Auslastung, also zum Beispiel für Mehrfamilienhäuser oder ganze Wohnblocks.
Rücklaufgeführte Systeme als Alternative
Rücklaufgeführte Solaranlagen erweitern die Möglichkeiten solarer Warmwasserbereitung bei stark schwankendem Wärmebedarf. Sie vermeiden die Stagnation im Sommer, da sich der Solarkreis bei Bedarf automatisch vollständig entleert. Deshalb sind größer dimensionierte Systeme mit hohem solarem Deckungsbeitrag möglich.
Das System ist nicht vollständig mit Solarflüssigkeit gefüllt und steht nicht unter Druck. Bei Stillstand des Solarsystems läuft die Solarflüssigkeit aus den Kollektoren und den Vor- und Rücklaufleitungen in die Speichereinheit oder den Rücklaufbehälter zurück. Bei ausgeschalteter Pumpe sind alle Leitungen oberhalb der des Rücklaufbehälters nur mit Luft gefüllt. Sobald die Sonne den Solarkollektor erwärmt und der Solarregler die Solarpumpe einschaltet, fördert diese die Solarflüssigkeit durch die Rohrleitung in das Kollektorfeld. Dort wird die Flüssigkeit erwärmt und zurück zur Speichereinheit geführt.
Luftblase im Solarkreis
Im oberen Teil des Solar-Wärmetauschers sammelt sich die aus den Rohrleitungen und dem Kollektorfeld verdrängte Luft. Beim Erwärmen der Solarflüssigkeit dehnt sich diese und die Luft im geringen Maße aus. Die im Solarkreis eingeschlossene Luftblase erfüllt dabei die Aufgabe eines Ausdehnungsgefäßes. Eine andere Variante einer rücklaufgeführten Anlage steht bei Vaillant mit dem System auroFLOW plus zur Verfügung. Hier sind die Pumpe und ein Rücklaufbehälter in einer eigenen Station kombiniert, die in der Nähe des Kollektorfeldes installiert wird.
„Bei unserem Rücklauf-Solarsystem auroSTEP plus D wird warmes Wasser nur dann produziert, wenn es benötigt wird. Ist keine Wärmeabnahme vorhanden und der Warmwasserspeicher vollständig bis zur Wunschtemperatur gefüllt, schaltet die Solarpumpe ab. Die Solarflüssigkeit fließt dann aus den Kollektoren und den Leitungen der Anlage in die Rohrschlange des Speichers oder den Auffangbehälter der Solarstation“, erläutert dazu Sebastian Albert, Leiter Produkt- und Dienstleistungs-Management Vaillant Deutschland.
Vorteile eines rücklaufgeführten Systems
Ein großer Vorteil des rücklaufgeführten Systems besteht darin, dass man einen maximalen Solargewinn erzielt. Warmes Wasser „aus Solarenergie“ steht bei Sonneneinstrahlung jederzeit zur Verfügung. Außerdem ist aufgrund geringer thermischer Belastungen mit einer langen Lebensdauer zu rechnen. Das Ausdehnungsgefäß entfällt, und dadurch vermindert sich der Instandhaltungsaufwand. Dieses System eignet sich insbesondere für Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen der Auslastung, zum Beispiel für Hotels, Gewerbebetriebe und Sportstätten.
Die wichtigste Voraussetzung für ein rücklaufgeführtes Solarsystem ist ein Leitungsgefälle von mindestens 4 Prozent zwischen Kollektoren und dem Rücklaufbehälter im Speicher oder der Solarstation. Außerdem sind dem Höhenabstand zwischen Kollektoren und Solarstation Grenzen gesetzt. Diese liegen je nach Anlagenkonfiguration bei bis zu 12 Metern. Falls die Objekte einen größeren Höhenunterschied zwischen Kollektorfeld und Heizkeller haben, kann die Solarstation aber einfach auf dem Dach oder dem Spitzboden montiert werden. Von dort aus werden zwei Rohrleitungen für den Wärmetransport in den Heizkeller geführt. Zum Einsatz müssen in jedem Fall spezielle Solarthermie-Kollektoren mit guten Rücklaufeigenschaften kommen.
Großprojekte mit schwankendem Wärmebedarf
Mit rücklaufgeführten Solaranlagen lassen sich insbesondere auch Großprojekte umsetzen, die einen stark schwankenden Wärmebedarf haben. Das gilt zum Beispiel für gewerbliche Kunden aus der Landwirtschaft, dem Gastgewerbe oder dem Sportbereich. Vaillant bietet für den Aufbau individueller Rücklauf-Solaranlagen mit der Solarstation auroFLOW plus in der Basisausführung bis zu 15 Quadratmeter Kollektorfläche an. Mit dem Erweiterungsmodul können bis zu 30 Quadratmeter Kollektorfläche aufgebaut werden. Durch eine Kaskadierung von bis zu vier auroFLOW plus Solarstationen bzw. Erweiterungsmodulen lassen sich große Solarflächen mit bis zu 120 Quadratmeter Kollektorfläche versorgen. Die Wärme kann optimal im Multi-Warmwasserspeicher allSTOR gespeichert werden.
Die Kollektorfelder müssen in Reihen mit der jeweils gleichen Stückzahl parallel nach Tichelmann verschaltet werden. Die Vorlaufleitungen der Kollektoren sollten dabei möglichst gleich lang gehalten werden. Außerdem ist es empfehlenswert, wenn sie für eine gleichmäßige Durchströmung die gleiche Anzahl an Bögen aufweisen.
Für Fachhandwerker, die bislang ausschließlich druckgeführte Solarthermieanlagen montiert haben, ist dies sicherlich ungewohnt: Kollektoren und Solar-Kupferrohre sind mit Luft gefüllt. Die Luft muss im System verbleiben. Ein Entlüftungsventil darf auf keinen Fall in das Solarsystem eingebaut werden. Genauso ungewohnt: Im Solarkreis darf kein Ausdehnungsgefäß installiert werden. Außerdem sollten in den Vor- und Rücklaufrohren möglichst keine Wassertaschen oder Siphons vorhanden sein. Bei den Dachdurchführungen ist immer darauf zu achten, dass die Solarleitungen mit Gefälle zum Speicher bzw. zur Solarstation verlegt werden müssen. Die Verlegung der Solarleitungen wie ein Siphon ist bei Dachdurchführungen zulässig, sodass sich das System noch entleeren kann.
Für die einfache Planung von rücklaufgeführten Solarthermieanlagen empfehlen sich zwei Softwarepakete. planSOFT von Vaillant unterstützt nicht nur bei der normgerechten Auslegung und Berechnung der kompletten Solarthermie- und Heizanlage, sondern erstellt darüber hinaus auch das Energieeffizienzlabel für das gesamte System. Die Simulations-Software Polysun erlaubt die schnelle Auslegung und Planung auch komplexer Solarthermieanlagen in wenigen Schritten.
Und last but not least: Durch rücklaufgeführte, anpassungsfähige Solarsysteme können neue Zielgruppen im Gewerbe und der Industrie erschlossen werden, die bislang keine Solarthermie in ihre Konzepte der Wärme- und Warmwasserversorgung einplanen konnten.
Marcus Scherf
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